Способы изменения внутренней энергии эксперимент

Способы изменения внутренней энергии

Урок 3. Физика 8 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Способы изменения внутренней энергии»

На предыдущем уроке мы уже узнали, от чего зависит внутренняя энергия. Теперь попытаемся разобраться, как её можно изменить. При повышении температуры увеличивается скорость движения молекул, следовательно, возрастает их кинетическая энергия и внутренняя энергия тела. И, наоборот: при понижении температуры, внутренняя энергия уменьшается.

Проведем маленький эксперимент. Возьмем деревянные палочки и потрём их друг о друга. Через некоторое время они нагреются, а, следовательно, их внутренняя энергия увеличится. То же самое произойдёт и при ударе. Нетрудно догадаться, что при деформации тело тоже нагревается, так как деформация может являться следствием удара. Во всех этих случаях, над телом совершалась та или иная работа. Значит, увеличение внутренней энергии происходит при совершении работы над телом.

Рассмотрим другой пример. В стеклянный сосуд бросим несколько горящих спичек, а на горлышко сосуда положим варёное яйцо. Через некоторое время спички потухнут, в результате чего воздух начнёт остывать. Из-за этого яйцо засосет внутрь. Это произойдет из-за того, что давление внутри сосуда понизится и будет не достаточным, чтобы сдерживать давление снаружи. Из этого можно сделать вывод, что внутренняя энергия воздуха внутри сосуда уменьшилась. Заметим, что понижение давления произошло из-за сжатия воздуха при понижении температуры, то есть, воздух совершил работу. Следовательно, уменьшение внутренней энергии происходит, когда тело само совершает работу.

Однако, изменить внутреннюю энергию можно и путём теплопередачи.

Нальём воду в чайник, и нагреем.

Для того, чтобы вода закипела, мы должны сообщить ей некоторое количество теплоты, то есть, произвести теплопередачу. Чем дольше продолжается теплопередача, тем больше становится температура воды и её внутренняя энергия. Через некоторое время вода закипит, а, значит, её внутренняя энергия увеличится.

Проведем ещё один эксперимент. Нальем в кружку горячий чай. Через некоторое время кружка нагреется, а чай, напротив, остынет, а, значит, его внутренняя энергия уменьшится.

Дело в том, что в этом случае, чай сам совершил теплопередачу, а именно, — нагрел кружку и часть окружающего воздуха.

Как видим, теплопередача всегда происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Когда температуры тел выравниваются, теплопередача прекращается. Способами теплопередачи являются теплопроводность, конвекция и излучение. О них мы поговорим на следующих уроках.

Итак, изменить внутреннюю энергию тела можно с помощью механической работы или теплопередачи.

Изменится ли внутренняя энергия мяча, если, находясь в комнате, его подбросить в воздух?

Нет, потому что бросок не изменил ни температуру мяча, ни его агрегатное состояние. Над мячом не была совершена работа, и сам мяч не совершал работы. Теплопередача тоже отсутствовала, поэтому внутренняя энергия меча не изменилась.

Изменится ли внутренняя энергия мяча, если, находясь в комнате, его подбросить так, чтоб он отскочил от потолка?

Да, потому что при ударе о потолок мяч на время деформируется, а, следовательно, его внутренняя энергия возрастёт, так как над мячом была совершена работа.

Изменится ли внутренняя энергия льда, если его растопить?

Конечно. Ведь растопить лед — значит, превратить его в воду, а это изменение агрегатного состояния, да и температуры тоже. Кроме того, чтобы растопить лёд нужно осуществить теплопередачу.

Изменится ли внутренняя энергия кусочка мела, если провести им по доске? Конечно. Ведь мел пишет только тогда, когда трение достаточно велико, а трение, как мы помним из примера, совершает работу над телом. Кроме того, часть мела останется на доске. Это изменит количество молекул, содержащихся в данном кусочке, а, как мы помним, внутренняя энергия тела — это суммарная энергия всех молекул этого тела.

Источник

Опыты по теме «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»

Опыты по теме «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии».

1. Измерьте домашним термометром температуру воды, налитой в банку или бутылку.
Плотно закройте сосуд и 10–15 мин интенсивно встряхивайте его,
после чего вновь измерьте температуру.
Чтобы исключить передачу тепла от рук, наденьте варежки или заверните сосуд в полотенце.
Какой способ изменения внутренней энергии вы использовали? Поясните.

2.Возьмите новый целый полиэтиленовый пакет. Ополосните пакет внутри горячей водой так,
чтобы остались капли. Герметично привяжите его к наконечнику велосипедного насоса
или большой резиновой груши. Энергично накачайте воздух в пакет, чтобы он лопнул. В воздухе появится туман. Объясните наблюдаемое явление.

3. Сделайте около 50 интенсивных ударов молотком по железному предмету.
Проверьте на ощупь изменение температуры металла и молотка. Объясните явление.

4. Положите монету на кусок деревянной доски и энергично потрите ее, прижимая к поверхности,
в течение нескольких минут. Руками проверьте, как изменилась температура монеты.
Объясните результат.

5. Опыт, показывающий, что ощущение тепла и холода является субъективным фактом.

На столе устанавливаются три сосуда: с горячей, с холодной и с тёплой водой.
Предлагаем одному желающему ученику поместить одну руку в холодную воду, другую в горячую. Что ощущает каждая рука?
Через некоторое время – обе руки опустить в тёплую воду. Ученик сообщает, что теперь правая рука ощущает холод, а левая тепло.

6. Падение металлического шарика на металлическую плиту.
Потенциальная энергия превращается в кинетическую.
Шарик остановился.
– Куда исчезла механическая энергия?
Смоделируем ситуацию и возьмём вместо металлического шарика пластилиновый. Что происходит с шариком?
А теперь возьмём металлический шарик, а вместо металлической плиты возьмём … (на что нужно бросить шарик, чтобы теперь поверхность деформировалась?) на песок.
– Что происходит с песком?

7. Убе­дить­ся в том, что со­вер­ше­ние ра­бо­ты вли­я­ет на про­цесс из­ме­не­ния внут­рен­ней энер­гии, можно на про­стом опыте – по­три­те руки друг о друга и вы за­ме­ти­те, как ла­до­ни на­гре­ва­ют­ся, это и будет сви­де­тель­ство­вать об из­ме­не­нии внут­рен­ней энер­гии. Что де­мон­стри­ру­ет этот опыт? Он на­гляд­но де­мон­стри­ру­ет, что при со­вер­ше­нии ме­ха­ни­че­ской ра­бо­ты (тре­ние ла­до­ней) по­вы­ша­ет­ся их внут­рен­няя энер­гия.

8. Когда сталь­ной нож за­та­чи­ва­ют на то­чиль­ном круге, он силь­но на­гре­ва­ет­ся. А как еще можно по­вы­сить тем­пе­ра­ту­ру ножа?

9. Сгибание медной проволоки.

На парте по одной проволоке, задание сгибать и разгибать несколько раз проволоку.

Вопрос: как изменилась температура проволоки в месте сгиба?

Ответ: Проволока нагрелась.

Вопрос: изменилась ли кинетическая энергия частиц, из которых состоит проволока?

Ответ: Да, изменилась.

Вопрос: Что произошло с внутренней энергией проволоки?

Ответ: внутренняя энергия тела увеличилась.

10. На столе алюминиевая проволока, свеча, спички. С помощью предметов на столе покажите, как можно изменить внутреннюю энергию этими способами.

1. сгибание и разгибание алюминиевой проволоки;

Источник

Урок на тему: «Способы изменения внутренней энергии тела. Теплопроводность.»

Выбранный для просмотра документ 02-68.docx

Физика 8 класс Волик Н.Н.

Тема: Способы изменения внутренней энергии тела. Теплопроводность.

Цели (ожидаемый результат) :

сформировать понятия теплопередачи и изменения внутренней энергии путём совершения механической работы ;

отработка и закрепление умений учащихся применять свои знания для объяснения конкретных явлений .

развивать интерес к физике, мотивировать необходимость изучения тепловых явлений, раскрывать на интересных и важных примерах их широкое проявление в природе, показывать применение знаний о тепловых явлениях в быту и технике ;

развитие умений применять полученные знания при решении расчетных и качественных задач ;

развитие логического мышления .

демонстрируют коммуникативные навыки;

понимают значимость умственного труда.

Тип урока : урок изучения нового материала.

Методы урока : словесный, наглядный.

Оборудование : термометр, цилиндр металлический (заранее нагретый)

УМК : презентация «Изменение внутренней энергии тела».

Приветствует учащихся, создает доброжелательный настрой

Актуализация опорных знаний

М ы продолжаем изучать вопросы тепловых явлений. Сегодня рассматриваем способы изменения внутренней энергии. А прежде чем мы начнем говорить о способах изменения внутренней энергии, давайте вспомним материал предыдущего урока:

Физический диктант (заполнить пропуски): (слайд)

1. Нас окружают физические…

2. Они состоят из…

3. … движутся непрерывно.

4. Кинетическая энергия движущихся молекул и потенциальная энергия их взаимодействия образуют… энергию.

5. О б изменении внутренней энергии тела мы судим по…

Проверим ваши ответы (учащиеся обменивают своими ответами в парах и осуществляют взаимопроверку).

Пять правильных ответов это «5», четыре правильных ответа- «4» и так далее.

1. Нас окружают физические тела

2. Они состоят из молекул.

3. Молекулы движутся непрерывно.

4. Кинетическая энергия движущихся молекул и потенциальная энергия их взаимодействия образуют внутреннюю эн ергию.

5. О б изменении внутренней энергии тела мы судим по изменению температуры тела и деформации.

Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. Они обладают одновременно кинетической и потенциальной энергией.
Эти энергии и составляют внутреннюю энергию тела.

Таким образом, внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Сообщение темы и целей урока

Поговорим подробнее о способах изменения внутренней энергии тела. Запишите тему урока. Способы изменения внутренней энергии тела. Теплопроводность.

Изучение нового материала

Объяснение нового материала с помощью презентации.

Внутренняя энергия не является величиной постоянной.

Если температура тела увеличивается, увеличивается и внутренняя энергия тела. Это означает, что молекулы этого тела начинают быстрее двигаться, чаще взаимодействовать друг с другом, и, соответственно расстояние между частицами увеличивается. Следовательно, энергия этого тела тоже увеличивается.

Если же температура понижается, тело остывает, то это означает, что молекулы начинают двигаться медленнее, их кинетическая энергия и расстояние между ними уменьшается, и, следовательно, энергия тела тоже убывает.

Можно сказать, что температура является главной характеристикой внутренней энергии тела.

Итак, от каких величин зависит внутренняя энергия тела?

Когда мы говорим об изменении внутренней энергии тела, то необходимо отметить, что не сразу сложилась теория, связывающая внутреннюю энергию и движение частиц. Почти до конца 19 века считалось, что существует так называемая субстанция – тепла, которая, втекая в тело, увеличивает его внутреннюю энергию, температуру; течением этой жидкости считалась его внутренняя энергия. А если тело остывает, то это тепло вытекает из тела, соответственно, внутренняя энергия его уменьшается.

Демонстрация: опыт по сгибанию и разгибанию медной проволоки. Место сгиба быстро становится теплым.

— Почему проволока в месте сгиба нагревается?

Обсуждая ответ на поставленный вопрос, учащиеся приходят к выводу, что, сгибая и разгибая кусок проволоки, мы совершаем механическую работу. Так как температура сгиба увеличилась, то увеличилась и средняя кинетическая энергия молекул, а значит и внутренняя энергия. Следовательно, механическая работа превратилась во внутреннюю энергию.

Рассмотрим опыт, описанный в учебнике на стр.8 (рис.4). (слайд)

Что мы совершали, натирая трубку шнуром? ( Механическую работу ). Как при этом изменилась внутренняя энергия жидкости внутри трубки? ( Увеличилась ). За счет чего увеличилась внутренняя энергия пара? ( За счет совершения механической работы при натирании трубки верёвкой ).

Этот способ увеличения внутренней энергии тела при трении был известен людям с глубокой древности. Именно таким способом люди добывали огонь.

Сделаем общий вывод: как можно увеличить внутреннюю энергию тела? ( Совершая над ним механическую работу ).

В своей жизненной практике вы также не раз сталкивались с увеличением внутренней энергии тела при совершении над ним механической работы. Работая в мастерских, например, обтачивая детали напильником, что вы замечали? ( Детали нагревались ).

Если мы будем совершать работу, то тем самым будем изменять энергию тела.

То же самое можно сказать о внутренней энергии: если мы будем совершать работу над телом какими -либо внешними силами, то соответственно, внутренняя энергия этого тела будет изменяться. Если само тело будет совершать работу, например, газ, расширяясь, то будет меняться внутренняя энергия самого газа.

Первые опыты по изменению внутренней энергии провел английский инженер и физик Румфорт, который в 18 веке при изготовлении пушек занимался сверлением ствола. Когда происходило сверление, Румфорт заметил, что и сверло, и сам ствол очень сильно нагреваются. В результате эксперимента он убедился, что при движении-вращении сверла можно нагреть даже воду, т.е. на вершине сверла укрепляли ведро с водой, которое в результате движения сверла, закипало, выделялась огромная энергия. Это доказывало, что внутренняя энергия тела может быть изменена при помощи совершения работы.

В технике, промышленности, повседневной практике мы постоянно встречаемся с изменением внутренней энергии тела при совершении работы: нагревание тел при ковке, при ударе; совершение работы сжатым воздухом или паром и др. (слайд)

Демонстрация: Проведём еще один опыт. В стакан с водой, имеющей температуру 20 ⁰ С опустим цилиндр с температурой 100 ⁰ С. Через некоторое время температура воды станет равна 60 ⁰ С. Но и температура цилиндра также станет 60 ⁰ С. За счёт чего повышается температура воды в стакане? ( Цилиндр передаёт часть тепла воде. При этом температура (внутренняя энергия) воды становится выше, а температура (внутренняя энергия) цилиндра уменьшается ). Такое явление, когда одно тело отдает энергию, а другое принимает, называется теплообменом. При теплообмене температура взаимодействующих тел становятся одинаковой. (слайд)

Совершается ли работа над телом при теплообмене? ( Нет ). Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей.

Изменение внутренней энергии способом теплопередачи: нагревание чайника на плите, или, если вы вдруг опустили ложку чайную в стакан с чаем, то увидите, что эта ложка нагревается, т.е. как происходит этот нагрев, без совершения работы.

Внутренняя энергия тела изменяет свою энергию и за счет теплопередачи, и за счет совершения работы.

Внутренняя энергия изменяется при помощи работы и теплопередачи. Необходимо отметить, что теплопередача может происходить тремя способами, это:

1) Процесс конвекции;

3) Процесс теплопроводности.

Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами.

Об этом мы будем говорить на последующих уроках.

Раз, два – встать пора,

Три, четыре – руки шире,

Пять, шесть – тихо сесть,

Семь, восемь – лень отбросим.

Закрепление изученного материала

Вопрос 1. Если кусок алюминиевой проволоки расклепать на наковальне или быстро изгибать в одном и том же месте то в одну, то в другую сторону, то это место сильно нагревается. Объясните явление.

Ответ: Над проволокой совершается механическая работа. Механическая энергия превращается во внутреннюю.

Вопрос №2 . Чем объясняется сильный нагрев покрышек автомобиля во время длительной езды?

Ответ. Покрышки нагреваются а счёт работы трения при частичном проскальзывании из по полотну дороги, и за счёт работы деформации покрышки при качении.

Вопрос №3 . Когда автомобиль расходует больше горючего: при езде без остановки или с остановками? Почему?

Ответ: При остановке кинетическая энергия автомобиля превращается во внутреннюю энергию тормозных колодок. Чтобы каждый раз после остановки приобрести необходимую скорость, в двигателе должно быть израсходовано дополнительно некоторое количество горючего.

Итак, внутренняя энергия тела – это суммарная потенциальная и кинетическая энергия всех молекул тела. Молекулы обладают потенциальной энергией, т.к. взаимодействуют друг с другом. Потенциальная энергия молекул зависит от расстояния между молекулами. Расстояние между молекулами можно изменить деформацией или нагреванием. При нагревании и охлаждении расстояние между молекулами изменяется не очень сильно. Значительно расстояние между молекулами изменяется при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Молекулы обладают кинетической энергией, т.к. находятся в непрерывном движении. Кинетическая энергия молекул зависит от скорости движения молекул. Скорость движения молекул зависит от температуры. Следовательно, внутренняя энергия тела изменяется при деформации и изменении температуры тела.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершая над телом механическую работу и способом теплопередачи. Теплопередача совершается несколькими способами.

Задает вопросы учащимся:

Все ли было понятно на уроке? Что вызвало трудности?

Почему при обработке детали напильником деталь и напильник нагреваются?

Каким способом и как изменяется внутренняя энергия продуктов, положенных в холодильник?

Молоток будет нагреваться, когда им забивают гвозди, а также когда он лежит на солнце.

Каким образом меняется внутренняя энергия молотка в каждом случае?

Как древние люди добывали огонь? Как сегодня в походных условиях получают огонь?

Каким образом происходит нагревание двигателя и его охлаждение при движении автомобиля?

Как вы работали на уроке? Как вы себя оцениваете?

Выставляет оценки за урок, с комментариями

Домашнее задание: прочитать параграф 3, 4 — выучить основные понятия, упр.1. стр.13.

Источник